Развитой мозг осьминогов появился благодаря микроРНК

Колеоиды — это подкласс головоногих моллюсков, который включает кальмаров, каракатиц и осьминогов. Колеоиды обладают относительно сложной нервной системой по сравнению с другими беспозвоночными. Недавно было показано, что в нервных тканях колеоидов активны аденозиндезаминазы, нацеленные на РНК. Так как для других беспозвоночных такие процессы нехарактерны, авторы новой работы предположили, что именно посттранскрипционная регуляция РНК способствует усложнению колеоидной нервной системы в процессе эволюции.

С помощью нескольких методов секвенирования они создали набор высококачественных данных для образцов обыкновенного осьминога (Octopus vulgaris). В него вошли 56 579 изоформ мРНК, охватывающих 10 957 эталонных генов. Транскриптом O. vulgaris не показал серьезных отличий от транскриптомов других беспозвоночных с точки зрения разнообразия и скорости альтернативного сплайсинга, а также расщепления мРНК и полиаденилирования. Однако длина 3'UTR была больше, чем у остальных беспозвоночных, поэтому ученые сосредоточились на микроРНК, которые, как считается, взаимодействуют с 3'UTR и влияют на эволюцию организма.

Они определили состав микроРНК в образцах 18 тканей осьминога O. vulgaris. Дополнительно команда получила информацию о малых РНК осьминога Octopus bimaculoides, который отделился от O. vulgaris 50 миллионов лет назад. У O. vulgaris было предсказано 164 гена, кодирующих микроРНК, 70 из которых можно отнести к известным семействам микроРНК, описанным и у других животных. Оставшиеся 94 гена были отнесены к 90 эволюционно новым семействам микроРНК. Чтобы определить происхождение новых семейств микроРНК, исследователи секвенировали библиотеку малых РНК всего тела кальмара Euprymna scolopes и провели поиск последовательностей предшественников микроРНК в недавно опубликованном геноме наутилуса (филогенетические взаимоотношения осьминогов, кальмара и наутилуса представлены на иллюстрации). В итоге 12 новых семейств были обнаружены у наутилуса и кальмара, 43 семейства оказались общими для двух видов осьминогов и кальмара, 35 были представлены только у осьминогов.

На следующем этапе авторы статьи оценили возможность новых микроРНК влиять на эволюцию мозга моллюсков. Они выяснили, что эти микроРНК экспрессируются преимущественно в нервных тканях взрослых O. vulgaris, а также во время эмбрионального развития и вскоре после вылупления. Сайты-мишени новых микроРНК указывают на их функциональность. При этом действие микроРНК никак не связано с работой аденозиндезаминаз.

Авторы заключают, что расширение репертуара микроРНК в процессе эволюции способствовало усложнению нервной системы колеоидов, тем более что аналогичные явления наблюдались у позвоночных, которые в целом организованы сложнее, чем беспозвоночные.